《土建程序设计》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,土建程序设计,主讲：赵冰,南阳理工学院建筑工程系,学习方式,课堂讲解、演示 20学时,上机实习、辅导 10学时,考核方式,程序设计,第一章 计算机在结构工程中的应用,第二章 结构计算程序设计基础,第一篇 总 论,1.1 前言,第一章,:计算机在结构工程中的应用,城市化的发展，加快了基础设施的建设步伐，建筑任务的加重，迫切需要提高建设效率。,土木工程是国民经济发展的主要支柱之一,结构工程是这根支柱的基础。,计算机科学、材料学、力学等学科间相互渗透，是结构工程发展的大好机遇。,结构理论、结构试验、结构计算三足鼎立的学科结构,计算结构力学，借助计算机进行结构分析,数值计算方法空前发展,结构工程学科是一门应用型的基础性学科,个别构件分析，转化为结构的整体及其耦联系统的综合分析与控制,专业概念的拓宽,单纯的工程结构问题转为对工程大系统问题的研究,1.2,结构工程学科的发展趋势,第一章,:计算机在结构工程中的应用,结构按照较精确的模型进行分析,大型结构的整体分析,解放了设计人员，设计效率提高,结构的可靠性保证，材料的合理利用,CAD在土木工程中的应用与发展,用于工程建造全过程的仿真分析，保证结构建造全过程的可靠性，指导选用合理的施工方案,1.3,计算机在结构工程中的应用,第一章,:计算机在结构工程中的应用,与时间有关的结构动力分析,用于结构优化，自动控制和人工智能（专家系统）,计算力学方法的适应性、互通性强，利于对多介质组成的结构大系统进行分析,工程结构的试验仿真,基于计算力学、数值模型和计算机图形技术的计算机仿真技术,1.3,计算机在结构工程中的应用,第一章,:计算机在结构工程中的应用,1.PKPM系列，TBSA6.0,2.广厦CAD8.5,3.天正系列：天正建筑6.0、天正结构、天正给排水、暖通等,4.理正系列：理正工具箱、理正建筑、理正结构、理正电器等,5.预算类软件：韦达2003版、广联达、神机妙算等,常用建筑设计软件,2.1 结构分析,计算的特点,第二章,:结构计算程序设计基础,微机的日益普及为结构分析计算电算化奠定了基础,微机运算能力的不足，需要设计者在计算方法、程序结构、数据管理及资源利用等方面精心研究,微机用结构分析软件开发须采用合理的程序结构，程序设计应当结构化、模块化、层次化,2.2 程序设计,第二章,:结构计算程序设计基础,正确性,可靠性,简明性,易维护性,结构化设计方法,规范化,软件是程序、方法、规划及相关文档在计算机上运行所必须是数据。,工程化软件的要求,第二章,:结构计算程序设计基础,问题分析,规划设计,程序编制,调试维护,程序说明,2.2 程序设计,软件开发过程包含的主要内容,程序结构的组成:,（1）解决问题本身的结构,（2）计算结构,2.3 结构化程序设计,第二章,:结构计算程序设计基础,2.3.1 程序结构化,（1）均由顺序、选择和循环三类基本结构组成,（2）单入口、单出口,（3）不含无限循环,（4）没有死语句,2.3 结构化程序设计,第二章,:结构计算程序设计基础,2.3.2 程序模块化,模块式结构程序，程序化整为零，每个模块具有独立功能。,数据输入,计算单元刚度,形成总体刚度,数据输出,主控,程序,解方程组,2.4 数据管理,第二章,:结构计算程序设计基础,2.4.1 数据准备,建立结构分析模型,计算模型数字化,数据格式化,检查和校正数据,2.4 数据管理,第二章,:结构计算程序设计基础,2.4.2 数据输入,原始数据,数据文件,输出文件,程序,大型结构分析程序具有数据的预处理模块，通过图形系统交互式建立数据文件。如PKPM,2.4.3 数据处理与存储,以节约资源为目的,对称、稀疏矩阵存储，半带宽的方法,2.4 数据管理,第二章,:结构计算程序设计基础,2.4.3 数据交换,程序：主控程序与各个功能模块（子程序），程序模块彼此之间,计算机：内存空间与外存空间,2.4.4 结果分析,中间结果分析,最终结果分析,第二篇 平面杆系结构静力分析,位移法的复习,矩阵位移法,一般线性方程组的解法,大型稀疏线性方程组的解法,第三章 位移法与矩阵位移法,1 位移法复习,1.,位移法基本思想,根据位移和内力之间的关系,确定结构的某些位移,求出内力,2.,位移法解题过程,原结构,基本结构,附加约束,典型方程,平衡关系,求解,结点位移,求出内力,基本结构：,加约束“无位移”,能拆成已知杆端力-杆端位移关系“单跨梁”的超静定结构。,基本体系：,受外因和未知位移的基本结构。,基本方程：,外因和未知位移共同作用时,附加约束没有反力,实质为平衡方程。,外因,附加反力,为零,未知位移,3.典型方程法步骤,确定独立位移未知量数目（隐含建立基本体系，支杆只限制线位移，限制转动的约束不能阻止线位移）,作基本未知量分别等于单位时的单位弯矩图,作外因（主要是荷载）下的弯矩图,由上述弯矩图取结点、隔离体求反力系数,3.典型方程法步骤,建立位移法典型方程并且求解：,按迭加法作最终弯矩图,取任意部分用平衡条件进行校核,2 矩阵位移法,主要内容：,（1）单元分析，将杆系结构中的一根（或一段）杆件作为一个单元，建立单元内力和位移的关系；,（2）整体分析，在整体结构中分析各单元应满足的几何条件和平衡条件，建立整体刚度方程，解方程求原结构的位移和内力。,一般线性方程组的解法,:,大型线性代数方程组Ax=b求解;,实际问题数学问题提供计算方法,程序设计上机计算结果分析,一1.Gauss消去法,设 有,线 代：方法不好时工作量非常大，工作量小的方法是 Gauss 消去法。,消 元：,一般线性方程组的解法,二 列主元素消去法-计算结果可靠,到此原方程组化为,到此原方程组化为,（3.3)是回代过程。,(上三角方程组)（3.2),(n)回代求解公式,(n-1)原方程组化为,以上为消元过程。,-（3.3),三、Gauss 全主元消去法：,优点-计算结果更可靠；,缺点-挑主元花机时更多，,次序有变动，程序复杂。,说明：,(1)也可采用无回代的列主元消去法(叫Gauss-,-Jordan消去法)，但比有回代的列主元消,去法的乘除运算次数多。,(2)有回代的列主元消去法所进行的乘除运算,次数为 ，量很小。,记,，则,（三角因子分解）,Gauss消元，初等行变换，化原方程组为上三角型。,四矩阵三角分解法,定义3.1,叫,的三角（因子）分解，其中 是,是上三角。,下三角,为单位下三角阵（对角元全为1），,为上三角阵，则称,为Doolittle分解;,若 是下三角，,是单位上三角，则称,定理3.1 n阶阵,有唯一Doolittle分解(Crout）,的前n-1个顺序主子式不为0.（证略）,三角分解不唯一,为此引入,定义3.2 若,为Crout分解。,为什么要讨论三角分解？若在消元法进行前能实,现三角分解,，则,容易回代求解,回代求解很容易，如,计算方法,1直接三角分解法（以Doolittle分解为例）设,由矩阵乘法,(k),例31,选主元的三角分解法（略）,Ch4 连续梁的内力计算及程序设计,连续梁,建筑、桥梁、港口等土木结构形式之一,计算方法,矩阵位移法,4.1确定基本结构,结点编号，根据位移情况施加约束力臂，固定杆端位移，形成基本结构,3,M,1,M,2,M,3,1,2,M,2,M,3,I,J,M,1,M,2,I,J,3,1,2,4.2单元分析,建立杆端力和杆端位移的关系式,M,2,M,1,I,J,e,X,建立直角坐标系,单元刚度方程,4.2单元分析,建立杆端力和杆端位移的关系式,4.3结构整体分析,形成刚度方程,单元刚度方程，结合结点平衡条件和几何条件形成整体刚度方程。,1,M,1,2,M,2,3,M,3,4.3结构整体分析,整体刚度方程,4.4 求解结构刚度方程,结构整体刚度方程，求解结点位移，根据结点位移求出结构内力。,小结：矩阵位移法思想单元刚度矩阵，单元荷载矩阵形成结构整体刚度方程，求解基本未知量，进而求出结构内力。,基本步骤：1.确定基本体系,2.结构杆件单元分析,3.结构整体分析,4.求解,